К. Костюхин - ОТЛАДКА СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ. Обзор

В [26] излагается способ отладки РСРВ посредством моделирования системы сетями Петри с временными ограничениями (timing constraint Petri nets, TCPN). TCPN - это граф ; где P - множество позиций; T - множество переходов; F - множество дуг, соединяющих позиции и переходы; C - множество целочисленных пар (TCmin(pt),TCmax(pt)), где pt может быть и позицией, и переходом; D - множество чисел FIRE(pt), обозначающих время срабатывания pt; и М - множество маркеров.

Говорят, что переход t разрешен, если каждая из входных позиций содержит по крайней мере один маркер. Если к моменту Т0 переход t разрешен, то он может сработать в течении времени от Т0 + ТCmin(t) до T0 + TCmax(t). Переход t сработал успешно, если он продолжался не более FIRE(t) временных единиц, иначе происходит срабатывание других переходов. В случае, когда не срабатывает ни один из переходов, все маркеры остаются на своих местах. Таким образом локализуются ошибки в РСРВ.

Одной из серьезных ошибок, связанных с работой распределенного приложения в системе реального времени, является недетерминированность. Ее суть заключается в том, что при разных запусках приложения при одних и тех же входных данных получаются разные результаты.

В [8] описан подход к обнаружению недетерминированности в системах, использующих в качестве связи между задачами сообщения. В таких системах недетерминированность может быть вызвана либо задержками сообщений, либо сменой алгоритма планирования. Следует отметить, что в приложении может быть специально заложена некая недетерминированность, поэтому нужно такой случай выделять. Предлагается такая стратегия обнаружения ошибочной недетерминированности:

• для каждого сообщения определяется некоторый идентификатор;

• при получении сообщения идентификатор обрабатывается, и создается некоторая, специфическая для получившей задачи, интерпретация сообщения;

• совершается проверка, удовлетворяет ли эта интерпретация некоторому порядку получения сообщений данной задачей. Такой подход позволяет обходить случаи встроенной недетерминированности путем определения одинаковой интерпретации для соответствующих сообщений.

Существуют разные способы представления данных. ([7],[13]). Наиболее распространенный из них - графический. Например, Panorama предоставляет следующие возможности (предполагается, что система использует в качестве механизма связи сообщения):

• карта процессоров (процессоры и их соединения, а также текущие сообщения между ними);

• окно отладки (состояния задач, данные, и.т.п.);

• окно потока сообщений (все сообщения между процессорами во времени (и время приема, и время получения).

В дополнение к графическому способу можно использовать, например, звуковой, как это описано в [14]. Преимущество использования звука при отладке состоит в том, что при большом объеме собранных данных может быть сложно обнаружить ошибку визуально. Например, если в процессе работы затерялось какое-то сообщение от одного процессора к другому, то, анализируя графическое представление взаимодействия процессоров, трудно найти потерянное сообщение, так как оно может быть графически просто не представлено. Однако, если каждое сообщение (от посылки до получения) будет сопровождать некоторый звуковой сигнал, то потерянное сообщение будет сразу обнаруживаться.

Как видно, при отладке распределенных приложений необходимо учитывать связь между процессорами и, в основном, асинхронный ее характер, то есть на первое место выступает обнаружение ошибок, связанных со взаимодействием задач и усиленных тем, что задачи выполняются на разных процессорах.

Мы рассмотрели основные черты средств активной отладки и мониторинга для распределенных систем реального времени, а также ошибки, характерные для РСРВ, и способы их обнаружения.

Существующие активные отладчики играют важную роль в разработке ПО при поиске логических ошибок, предоставляя широкий набор средств, включающих поддержку исходных текстов, трассировку выполнения приложения, динамическую модификацию памяти, и.т.д. Однако они не позволяют выявлять специфические ошибки СРВ.

Описанные в работе средства мониторинга имеют схожие методы сбора, обработки и представления отладочных данных. Благодаря им становится возможным локализовывать ошибки СРВ, связанные с планированием и синхронизацией.

В случае РСРВ пока не существует общего подхода к отладке, поскольку ошибки, обусловленные связью, имеют разное проявление. В работе приведено описание некоторых способов отладки, позволяющих выявлять такие ошибки. Разработка универсальных методов отладки РСРВ - тема дальнейшего исследования.

1. C.D. Locke, "Fundamentals of Real-Time", Lockhead Martin, 1998

2. "Realtime CORBA", White Paper — Issue 1.0, 1996/Dec

3. "It's all a question of time…", Real-time magazine, 1997/4th Quarter

4. R.O'Farrel, "Choosing a cross-debugging methodology", Embedded systems programming, 1997/Aug

5. K.Clohessy, "Using object-oriented programming tools to build real-time embedded systems", Real-time engineering, 1996/Fall

6. V.Encontre, "How to use modeling to implement verifiable, scalable, and efficient real-time application programs", Real-time engineering, 1997/Fall

7. N.Osawa, H.Morita, T.Yuba, "Animation for perfomance debugging of parallel computing systems", ACM, 1997

8. S.K.Damodaran-Kamal, J.M.Francioni, "Nondeterminacy: testing and debugging in message passing parallel programs", ACM, 1993

9. M.Timmerman, F.Gielen, P.Lambrix, "High level tools for the debugging of real-time multiprocessor systems", ACM, 1993

10. A.von Mayrhauser, A.M.Vans, "Program understanding behavior during debugging of large scale software", ACM, 1997

11. J.Lang, O.B.Stewart, "A study of the applicability of existing exception-handling techniques to component-based real-time software technology", ACM, 1998

12. P.Fritzson, T.Gyimothy, M.Kamkar, N.Shahmehri, "Generalized algorithmic debugging and testing", ACM, 1991

13. D.Zernik, L.Rudolph, "Animating work and time for debugging parallel programs. Foundation and experience", ACM, 1991

14. J.M.Francioni, L.Albright, J.A.Jackson, "Debugging parallel programs using sound", ACM, 1991

15. T.Kunz, "Process clustering for distributed debugging", ACM, 1993

16. J.Cuny, G.Forman, A.Hough, J.Kundu, C.Lin, L.Snyder, D.Stemple, "The Ariadne debugger: scalable application of event-based abstraction", ACM, 1993

17. J.May, F.Berman, "Panorama: a portable, extensible parallel debugger", ACM, 1993

18. В.В.Липаев, Е.Н.Филинов, "Мобильность программ и данных в открытых информационных системах.", РФФИ, 1997

19. A.J.Offutt, J.H.Hayes "A semantic model of program faults", ACM, 1996

20. C.Jeffery, W.Zhou, K.Templer, M.Brazell "A lightweight architecture for program execution monitoring", ACM SIGPLAN 1998/july

21. L.Mittag "Multitasking design and implementation", Embedded system programming, 1998/march

22. E.Ryherd "Software debugging on a single-chip system", Embedded system programming, 1998/march

23. N.Cravotta "Real-time operating systems", Embedded system programming, 1997/march

24. J.E.Stroemme "Integrated testing and debugging of concurrent software systems", the sixth IFIP/ICCC conference on information network and data communication, Trondheim, Norway, 1996/june

25. J.Ready "Distributed applications bend RTOS rules", CMP Media Inc., 1996

26. J.Tsai, Y.Bi, S.Yang, R.Smith "Distributed real-time systems. Monitoring, visualization, debugging, and analysis", Wiley-Interscience Publication, 1996

27. В.Б.Бетелин, В.А.Галатенко "ЭСКОРТ — инструментальная среда программирования.", Юбилейный сборник трудов институтов Отделения информатики РАН. Том. II. Москва, 1993.